基于Pro/Engineer的牛頭刨床傳動機構(gòu)的運動仿真分析*

牛海俠(安徽三聯(lián)學(xué)院,安徽合肥 230601)

基于Pro/Engineer的牛頭刨床傳動機構(gòu)的運動仿真分析*

牛海俠
(安徽三聯(lián)學(xué)院,安徽合肥 230601)

由于牛頭刨床傳動機構(gòu)是減速傳動,包含主動和從動齒輪,對裝配工藝和嚙合傳動有嚴(yán)格的要求。為了使學(xué)習(xí)者清晰了解牛頭刨床傳動機構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和模擬真實環(huán)境下的運動狀態(tài),運用Pro/Engineer的“機構(gòu)”模塊,將牛頭刨床傳動機構(gòu)的裝配過程和運動狀態(tài)進行仿真,使得整個裝配過程可視化,同時對其機構(gòu)的運動進行相關(guān)的方針分析,以幫助設(shè)計人員對潛在的問題進行預(yù)測和預(yù)防,從而降低產(chǎn)品的開發(fā)周期和費用。

Pro/E;牛頭刨床;傳動機構(gòu);運動仿真

0 引 言

Pro/Engineer Wildfire 4.0是由美國PTC公司開發(fā)的三維CAD軟件,具有機械零件設(shè)計、裝配設(shè)計、工程圖制作、結(jié)構(gòu)分析、運動仿真、工業(yè)造型設(shè)計和模具設(shè)計制造等功能。運用Pro/Engineer軟件,設(shè)計人員可以在計算機上實現(xiàn)虛擬設(shè)計和分析,可以對潛在的問題進行預(yù)測,分析檢驗以及優(yōu)化設(shè)計方案等。

運動仿真以動畫的方式直觀、形象地觀察機構(gòu)的運動情況,能夠模擬真實的工作環(huán)境,可對三維模型進行全方位的仿真分析,輔助產(chǎn)品設(shè)計,迅速、直觀、簡便的獲得設(shè)計的工作過程信息[1]。以盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷,提前進行修改,從而減少產(chǎn)品開發(fā)的費用,縮短設(shè)計周期,也避免了高昂的制造錯誤。

1 牛頭刨床傳動機構(gòu)的虛擬裝配

虛擬裝配技術(shù)利用Pro/Engineer軟件的動畫功能,通過分析、預(yù)測產(chǎn)品模型,對產(chǎn)品進行數(shù)據(jù)描述和可視化,做出與裝配有關(guān)的工程決策,而不需要實物產(chǎn)品模型作支持。虛擬裝配雖然被定義為一種技術(shù),實際上是許多技術(shù)的綜合利用,例如可視化技術(shù)、仿真技術(shù)、決策理論、裝配和制造過程的研究等[2]。

牛頭刨床是一種靠刀具的往復(fù)直線運動及工作臺的間歇運動來完成平面切削加工的機床。電動機經(jīng)過減速傳動裝置(皮帶和齒輪傳動)帶動執(zhí)行機構(gòu)(導(dǎo)桿結(jié)構(gòu)和凸輪機構(gòu))完成刨刀的往復(fù)運動和間歇運動。牛頭刨床傳動機構(gòu)主要由機座、導(dǎo)桿、曲柄、滑塊、推桿、主動齒輪、從動齒輪、銷釘?shù)攘慵M成。

運用Pro/Engineer Wildfire 4.0軟件進行虛擬裝配,首先要進入裝配模塊,選擇“組件”進入裝配環(huán)境,然后單擊“將元件添加到組件按鈕”,逐個將零件裝配完成。在牛頭刨床傳動機構(gòu)的裝配過程中,最重要的一點是每兩個相互運動的零件(如曲柄與滑塊,齒輪與銷釘?shù)?的約束關(guān)系必須是“銷釘”,使通過該連接方式的機構(gòu)能夠繞軸旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)自由度為1,除此之外,根據(jù)零件之間的位置關(guān)系再運用“插入”、“匹配”、“對齊”等約束關(guān)系,實現(xiàn)運動部件之間的連接。對于支架類零件(如基座和導(dǎo)軌)之間的裝配,零件之間無相互運動,按照“插入”、“匹配”、“對齊”等約束關(guān)系直接裝配即可。

裝配過程主要是先將支架固定,再裝配導(dǎo)桿,在支架上通過“銷釘”連接方式裝配銷釘,再用“銷釘”連接方式裝配主、從動齒輪,滑塊、推桿、銷釘?shù)攘慵?。裝配完成后的牛頭刨床傳動機構(gòu)如圖1所示。

圖1 牛頭刨床傳動機構(gòu)

2 牛頭刨床傳動機構(gòu)的運動仿真分析

(1)進入機構(gòu)分析模塊,調(diào)整齒輪的位置 選取菜單命令【應(yīng)用程序】/【機構(gòu)】,進入運動仿真模塊,檢查元部件之間的連接并調(diào)整大小齒輪之間的位置,使大齒輪齒根和小齒輪齒頂對齊。

(2)設(shè)置齒輪連接 單擊“齒輪連接”按鈕,齒輪副的名稱自動設(shè)為“GearPair1,選圖2所示的連接為主動齒輪的運動軸,設(shè)置主動齒輪的節(jié)圓直徑為40 mm。仿照前面步驟設(shè)置從動齒輪的運動軸,從動齒輪的節(jié)圓直徑為100 mm。單擊【確定】按鈕,完成齒輪副的定義,如圖3所示。

圖2 設(shè)置主動軸

圖3 設(shè)置從動軸

(3)設(shè)置伺服電機 在右工具箱上單“伺服電機”按鈕,打開【伺服電動機定義】對話框,選取主動軸作為動力輸入軸,進入【輪廓】選項卡,設(shè)置規(guī)范類型為【速度】,模為【常數(shù)】,值為“100”,即電動機以100°/s的速度等速轉(zhuǎn)動。

(4)機構(gòu)運動分析和仿真 在右工具箱上單擊“機構(gòu)分析”按鈕,打開【分析定義】對話框。將機構(gòu)分析的【名稱】設(shè)為“Shaper_machine”。將類型選項設(shè)為【運動學(xué)】,以進行機構(gòu)的運動分析。設(shè)置終止時間22 s。單擊【運行】按鈕機構(gòu)開始運行,完成后單擊【確定】按鈕退出。

(5)機構(gòu)分析及仿真的結(jié)果 在右工具箱上單擊【回放】按鈕,打開【回放】對話框,繼續(xù)單擊對話框中的【回放】按鈕,打開【動畫】對話框,然后單擊【播放】按鈕播放機構(gòu)運動。單擊【回放】對話框中的“將當(dāng)前結(jié)果集存放到磁盤”按鈕,保存當(dāng)前結(jié)果。

3 結(jié) 論

利用Pro/Engineer野火版4.0對牛頭刨床的傳動系統(tǒng)進行仿真分析,首先是進入軟件的的裝配模塊,利用【銷釘】的連接方式將相互運動的零件進行連接,再用傳統(tǒng)裝配方法將其它部位裝配,再到【應(yīng)用程序】菜單下的【機構(gòu)】模塊,對機構(gòu)的運動進行模擬與分析。

利用運動仿真的方式模擬牛頭刨床傳動機構(gòu)的運動過程,使整個設(shè)計過程可視化。模擬結(jié)果非常直觀,從而減少實際產(chǎn)品在樣品試制過程中出現(xiàn)的諸多問題,同時又可讓設(shè)計人員看到實際的設(shè)計效果,并利用Pro/Engineer的工程分析功能進行一些可行性分析來辨別設(shè)計的可行性及結(jié)構(gòu)的合理性。

[1] 譚雪松.Pro/engineer中文版基礎(chǔ)教程[M].北京:人民郵電出版社,2010.

[2] 韓玉龍.Pro/engineer wildfire組件設(shè)計與運動仿真專業(yè)教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2004.

[3] 楊利紅.基于Pro/E的漸開線直齒錐齒輪的參數(shù)化設(shè)計[J].機械研究與應(yīng)用,2014(1):176.

Kinematics Simulation Analysis of Shaper Transmission Mechanism Based on the Pro/Engineer

NIU Hai-xia
(Anhui Sanlian University,Hefei Anhui 230601,China)

Due to the shaper drive mechanism is reduction drive,including the active and driven gear,there are strict requirements to assembly process and meshing transmission.In this paper,in order to help learners clearly understand the internal structure of the shaper drive mechanism and the motion state under the simulated real-environment,the assembly process and motion state of the shaper transmission mechanism are simulated by using"agencies"module of the Pro/Engineer,so as to make the whole assembly process be visualized,at the same time,the relevant policy analysis on movement of the agency is also conducted to help the designers to predicting and preventing the potential problems,thus to reduce the development cycle and cost of the products.

Pro/Engineer;shaper;transmission mechanism;motion simulation

TK413

A

1007-4414(2015)05-0014-02

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.05.005

2015-07-24

牛海俠(1979-),女,安徽合肥人,講師,碩士,主要從事材料成型與控制工程方面的工作。